劉 攀
(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院,烏魯木齊 830000)
新疆某工程2#勘探試驗洞位于輸水隧洞樁號44+678m處,長度2 398 m,支洞縱斷面設(shè)計為200 m長12.9%的陡坡+20 m長3%的緩坡,綜合縱坡12%,陡坡段斷面凈尺寸7.0 m×6.59 m(寬×高,城門洞型),緩坡段設(shè)置錯車道,斷面凈尺寸9.0 m×6.8 m(寬×高,城門洞型),進出口鎖口及圍巖條件較差的洞段采用混凝土襯砌,襯砌厚度0.4 m,其他洞段采用錨噴支護。2#勘探試驗洞樁號0+450.45~0+ 959.43 m為圓弧段,轉(zhuǎn)彎半徑為500 m。
根據(jù)水工建筑物及施工方案布置,2#勘探試驗洞為2#,3#TBM設(shè)備施工進入洞,同時承擔(dān)2#TBM及3#TBM的出渣、物料及人員運輸通道任務(wù)。施工過程中,采用皮帶機出渣[1-2],皮帶機最大輸送能力按TBM每小時3個步進(5.4 m)考慮時,則單臺TBM皮帶機出渣能力為750 t/h,兩臺TBM皮帶機出渣能力為1 500 t/h。
本文主要針對大運量皮帶機出渣系統(tǒng)[3-4]設(shè)計在500 m轉(zhuǎn)彎半徑下能否滿足2臺TBM開挖出渣進行復(fù)核分析,同時為小轉(zhuǎn)彎半徑下皮帶機出渣系統(tǒng)設(shè)計選型提供參考。
考慮到2#勘探試驗洞存在圓弧轉(zhuǎn)彎段,根據(jù)理論計算、廠家咨詢以及工程資料的收集,經(jīng)過分析對比,2#勘探試驗洞皮帶機的布置存在兩個方案,具體如下。
方案一:2#勘探試驗洞布置兩條固定皮帶機,2#勘探試驗洞BCD段為一條獨立皮帶機,AB段為一條獨立皮帶機,兩臺皮帶機結(jié)合處搭接處理。此方案實現(xiàn)皮帶機弧線轉(zhuǎn)彎連續(xù)運輸,能有效降低膠帶強度等級,提高系統(tǒng)可靠性,降低故障率。該方案皮帶機布置示意圖見圖1。
圖1 方案一皮帶機布置示意圖
方案二:2#勘探試驗洞布置1條皮帶機,在樁號1+100 m處皮帶機下部布置中間驅(qū)動,增加中間驅(qū)動可大大降低圓弧段的膠帶張力,同時再輔以自動改向托輥裝置、加密托輥組、抬高曲線內(nèi)側(cè)機身等措施,確保膠帶不發(fā)生跑偏。
2.2.1 方案一
該方案中,分別針對兩條皮帶機進行設(shè)計復(fù)核。
第一皮帶機設(shè)計基本參數(shù):帶寬B=1 200 mm,帶速V=3.55 m/s,輸送機長度L=1 000 m,承載托輥輥徑133 mm,提升高度H=120 m,膠帶選用PVG2000型。
經(jīng)過計算得,承載分支轉(zhuǎn)彎半徑R1=618 m,回程分支轉(zhuǎn)彎半徑R1=478 m;按最大許用應(yīng)力驗算轉(zhuǎn)彎半徑:承載分支轉(zhuǎn)彎半徑R2=262 m,回程分支轉(zhuǎn)彎半徑R2=236 m;按輸送帶不離開側(cè)托輥驗算:承載分支轉(zhuǎn)彎半徑R3=200 m,回程分支轉(zhuǎn)彎半徑R3=177 m。
根據(jù)計算結(jié)果知,2#勘探試驗洞轉(zhuǎn)彎半徑為500 m時,小于承載分支轉(zhuǎn)彎半徑618 m要求,滿足膠帶最大許用應(yīng)力(262 m)和不脫離托輥時(200 m)的最小半徑要求;不滿足承載分支轉(zhuǎn)彎半徑618 m,可以采用基本措施、附加措施、應(yīng)急措施就能滿足支洞500 m的拐彎半徑要求。
第二皮帶機設(shè)計基本參數(shù):帶寬B=1 200 mm,帶速V=3.55 m/s,輸送機長度L=1 400 m,承載托輥輥徑133 mm,提升高度H=168 m,膠帶選用ST2000型。該條皮帶機無轉(zhuǎn)彎段,為常規(guī)皮帶機。由于PVG2000型膠帶強無法滿足要求,故膠帶選用ST2000型。
2.2.2 方案二
皮帶機設(shè)計基本參數(shù):帶寬為B=1 200 mm,帶速為3.55 m/s,承載托輥輥徑133 mm,輸送機長度L=2 400 m,膠帶選用ST3150型。
經(jīng)計算得,承載分支轉(zhuǎn)彎半徑R1=2 580 m,回程分支轉(zhuǎn)彎半徑R1=829 m;按最大許用應(yīng)力驗算轉(zhuǎn)彎半徑:承載分支轉(zhuǎn)彎半徑R2=3 519 m,回程分支轉(zhuǎn)彎半徑R2=1 449 m;輸送帶不離開側(cè)托輥驗算:承載分支轉(zhuǎn)彎半徑R3=680 m,回程分支轉(zhuǎn)彎半徑R3=482 m。
經(jīng)過以上計算可知,方案一采用兩條皮帶搭接,第一皮帶機采用整編芯PVG2000型膠帶,能夠滿足在現(xiàn)有的500 m轉(zhuǎn)彎半徑工況下膠帶正常使用要求,第二條皮帶機采用鋼絲繩芯膠帶ST2000型。但在實際工程應(yīng)用中,需購買PVG2000型、ST2000型兩種膠帶,且兩種膠帶在使用中不存在通用性,會給施工單位帶來一定的備料及保養(yǎng)壓力。
方案二采用單條皮帶機,隧洞轉(zhuǎn)彎半徑為500 m時,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于膠帶機拐彎時的最小半徑要求,若采用一整條皮帶機無法直接滿足膠帶機轉(zhuǎn)彎時最小半徑要求。若采用此方案,需在皮帶機中間添加中間驅(qū)動,且需在轉(zhuǎn)彎段皮帶機進行優(yōu)化設(shè)計[5]。具體為托輥進行處理,增加一定槽角,同時增加防護措施,防止膠帶斷裂及渣料脫離膠帶,并改進轉(zhuǎn)彎段支腿設(shè)計,方可滿足實際應(yīng)用需要。
綜上所述,2#勘探試驗洞采用上述方案一、方案二均可行。
見表1。
表1 皮帶機廠家理論計算匯總表
1) 上海某隧洞工程施工過程中,采用的轉(zhuǎn)彎半徑為400 m的連續(xù)皮帶機出渣。
2) 已建的引黃工程中,某標(biāo)段主洞施工采用皮帶機出渣,長度15 km。出渣支洞轉(zhuǎn)彎半徑為400 m,綜合縱坡6.77%。
3) 某工程氧化鋁雙向帶料帶式輸送機。上分支輸送物料:石灰石,輸送量1 500 t/h;下分支輸送物料:硅鈣渣,輸送量1 200 t/h;帶寬:B1 200 mm,帶速4 m/s,輸送機長度1.8 km,提升高度15 m(-15 m),水平轉(zhuǎn)彎半徑400 m。
1) 經(jīng)過分析,2#勘探試驗洞轉(zhuǎn)彎半徑500 m的方案是合理可行的,材料運輸、人員和車輛通行安全有保障。
2) 在實際工程應(yīng)用中,方案一、方案二皮帶機布置均可滿足隧洞出渣需求,但各有利弊,施工單位可該根據(jù)實際情況進行選擇。